지속가능한 바이오연료의 보급정책과 기술개발 동향
김 재 곤
한국석유관리원 석유기술연구소
The Status of Sustainable Biofuels Policy and Development
Jae-Kon Kim
Petroleum Technology R&D Center, Korea Petroleum Quality & Distribution Authority(K-Petro)
Abstract: 전 세계적으로 석유자원 고갈에 따른 탈석유 대응 에너지원 다양화와 기후변화 대응을 위한 온실가스 저감 을 위한 저탄소 에너지 정책이 중시되고 있는 현실이다. 이러한 저탄소 에너지 정책 중 수송부문에서 바이오연료가 사용되어지고 있으며, 지속가능한 차세대 바이오연료의 개발이 한창 진행 중에 있다. 이러한 석유대체 가능한 바이오 연료에는 바이오디젤, 바이오에탄올 등이 현재 전 세계적으로 상용화되어 사용되어지고 있다. 본고에서는 이러한 지 속가능한 바이오연료의 혼합의무 보급정책과 기술개발 동향 등을 살펴보고자 한다.
Keywords: biofuel, bioenergy, energy policy, biofuel mandate
1. 서 론
1)
IEA 기준 시나리오(business-as-usual scenario) 에 의하면 세계 수송용 에너지 사용과 온실가스 배출은 2030년까지 50% 이상 증가하고, 2050년 까지는 적어도 2배가 될 것으로 예측하고 있다[1].
또한 IEA의 전망에 따르면 세계 석유수요에 있어 서 계획된 전체 증가의 75%는 수송부문이 차지 할 것으로 전망하고 있는 현실이다[1]. 따라서, 전 세계적으로 수송부문은 현재 화석연료에 의해 96% 이상 의존하여 사용되고 있으며, 세계의 전 체 온실가스 중 27%를 차지하고 있는 실정이다.
최악의 지구 기후변화를 대응하기 위해서는 2050 년 지구의 온실가스를 2005년 대비 적어도 50%까 지 감축해야하는 실정에 있다. 한편, 자동차 기술 은 화석연료 기반에서 저탄소연료(low carbon fuel) 정책에 따른 바이오연료 사용과 전기자동차로의 기술개발로 인해 날로 진보하고 있다(Figure 1)[2].
이러한 측면에서 세계 각국은 수송부문에서 바이
저자 (E-mail: [email protected])
오연료를 도입하고 있다.
바이오연료는 식물이나 미생물과 같은 바이오 매스를 원료로 하여 얻어지는 연료이며, 직접 또 는 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기 열에너지 형태로 이용하고 있다 [3]. 바이오매스로부터 생산되는 바이오연료는 다 른 신․재생에너지의 적용이 불가능한 수송부문 에서 직접 적용 가능하여 석유 에너지의 직접 대 체 효과가 높다는 장점이 있다. 이러한 석유대체 가능한 바이오연료에는 바이오디젤, 바이오에탄 올, 바이오가스 등이 현재 전 세계적으로 상용화 되어 사용하고 있다(Figure 2). 바이오연료는 자원 이 풍부하고 파급효과가 크며, 환경 친화적으로 생산이 가능하고 최근 지구 온난화의 주범인 화석 연료에 의한 온실가스의 양을 감소할 수 있고 생 성된 에너지의 형태(연료, 전력, 천연화합물 등)가 다양하다는 특성을 갖고 있다. 한편 단점으로는 에너지활용 자원이 산재되어 있어 수집 및 수송이 불편하고 다양한 자원에 따른 이용기술의 다양성 과 개발의 어려움 및 단위공정이 대규모 설비투자 를 필요로 하고 과다 이용시 식량과의 경합과 환
Figure 1. Status of fuel and vehicle technology.
경파괴를 유발할 수 있다는 점을 들 수 있다. 바이 오연료는 주로 유럽, 미국, 브라질 등을 중심으로 생산 및 보급이 이루어지고 있으며, 최근에는 상 대적으로 보급이 뒤쳐진 아시아 각국들도 자국이 가진 식물 원료를 기반으로 한 바이오연료의 생산 및 보급을 시작하고 있다.
국제사회는 온실가스 감축을 위한 수단으로 수 송부문에서 규제적 정책인 바이오연료 혼합의무 제도를 도입하여 바이오연료 사용을 확대하고 있 는 추세에 있다. 즉, 수송부문에서 바이오연료의 혼합 비중을 획기적으로 확대하기 위해서는 수송 용 화석연료 공급사업자에게 바이오연료를 의무 적으로 혼합하는 제도이다[4]. 물론 수송부문의 연 료정책은 온실가스 저감수단으로 세계 자동차업 계에서 개발하고 있는 전기자동차가 크게 기여할 수 있을 것으로 전망되지만 본격적인 상용화까지 는 다소 시간이 필요할 것으로 판단된다. 수송부 문의 온실가스 저감을 위한 수단으로 바이오연료 의 보급 및 확대를 위한 바이오연료의 원료작물 생산을 위해 토지용도를 간접적으로 전환함에 따 라 산림파괴 및 식량문제 유발 등의 문제점이 발 생함으로 바이오연료의 지속가능성 기준(sustain- ability criteria) 필요성이 제기되어 세계 각국은 도 입 또는 검토 중에 있기도 하다[5]. 본고에서는 수
송부문의 온실가스 저감수단으로 평가받고 있는 바이오디젤과 바이오에탄올 등과 같은 지속가능 한 바이오연료의 혼합의무 보급정책과 기술개발 동향을 살펴보고자 한다.
2. 본 론
2.1. 바이오연료의 생산과 소비 동향
세계 각국은 고유가, 에너지 안보에 대한 관심 사의 증대, 대기질 문제 그리고 기후변화 대응에 따른 온실가스(GHG) 감축 등의 수단으로 수송부 문에서 대체연료로서 바이오디젤, 에탄올 등의 바 이오연료를 도입하여 사용하고 있다. 이러한 바이 오연료의 생산량은 최근에 세계 각국에서 보조금 과 정책적 지원에 의해 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 수송용 바이오연료는 주로 유럽, 미국, 브라질 등을 중심으로 생산 및 보급이 이루어지고 있으며, 아시아 각국들도 자국이 가진 식물 원료 를 기반으로 한 바이오연료의 생산 및 보급을 늘 리고 있는 추세에 있다. 바이오연료는 전 세계 수 송용 연료 소비의 약 3%를 차지하고 있다. 2008 년 기준으로 주요 국가의 전체 수송용 연료에 대 한 바이오연료의 보급 비율은 브라질이 약 21%를 차지하여 가장 높은 반면, 미국은 약 4%이며 EU
Figure 2. Biofuel development derived biomass.
Figure 3. Regional bioethanol production and consumption 2005∼2011 (million liters).
는 3% 보다 작은 비율을 나타내고 있다.
2011년 기준으로 전 세계의 바이오에탄올의 소 비는 바이오디젤 소비보다 3.5배 높은 수준이다.
세계 바이오에탄올의 생산과 소비는 북미와 남미 를 위주로 이루어지고 있다(Figure 3). 이 두 지역 의 바이오에탄올에 대한 생산이 세계의 소비를 좌 우하고 있는 실정에 있다. 2005년 이후 북미는 지 속적으로 바이오에탄올의 생산과 소비가 증가하 다가 2010년과 2011년 사이에는 그 증가 비율이
주춤한 상태에 있다. 남미는 2011년이 2010년보 다 바이오에탄올의 생산이 다소 감소한 경향을 보 여주고 있다. 세계 바이오디젤 보급은 주로 유럽 을 위주로 이루어지고 있으며, EU가 생산과 소비 에서 높은 비율을 보여주고 있다(Figure 4). 2007 년 이후 EU는 바이오디젤의 생산보다 소비가 증 가하여 일정부문을 동남아와 남미로부터 수입하 고 있는 실정에 있다[6].
Figure 4. Regional biodiesel production and consumption 2005∼2011 (million liters).
Figure 5. Biofuel blending ratios in North America.
2.2. 바이오연료의 의무 혼합비율 동향
세계 각국에서는 바이오에탄올과 바이오디젤을 자동차용 휘발유와 경유에 각각 일정비율로 혼합 하여 사용하고 있다. 2012년 전 세계적으로 바이 오에탄올은 북미주과 남미주 등을 위주로 E2∼
E25 수준으로 혼합하여 보급 중에 있다(Figures 5
∼8)[7]. 북미의 미국은 각 주별로 차이는 있으나, 최대 E10까지 혼합하고 있으며, 캐나다는 일부 주 에서만 E5 수준에서 혼합하고 있다. 남미는 브라 질이 E18∼E25, 아르헨티나 E5, 콜롬비아 E8∼
E10, 코스타리카 E7 등으로 E5∼E25 수준으로 의 무 혼합 보급 중에 있다. 또한 유럽은 독일 최소 E2.8, 프랑스 E7 등의 수준으로 의무혼합 중이며,
아시아는 중국(9성), 인도 및 필리핀이 E10 수준 이고 인도네시아 E3 수준으로 혼합 보급 중에 있다.
또한 2012년 전 세계적으로 바이오디젤은 주로 유럽을 위주로 B2∼B15 수준으로 혼합하여 보급 중에 있다. 북미의 미국은 각 주별로 차이는 있으 나, B2에서 최대 B10까지 혼합 중이며, 캐나다도 일부 주에서 최대 B5까지 의무혼합 중에 있다. 남 미의 브라질 B5, 아르헨티나 B7와 콜롬비아 B10 등의 수준으로 의무혼합 보급 중에 있다. 또한 유 럽은 독일 최소 B4.4, 프랑스 B7 등의 수준으로 의무 혼합 중이며, 아시아는 태국 B3, 필리핀 B2, 대만 B2 및 중국 해남성 B5 등의 수준으로 의무 혼합 보급 중에 있다.
Figure 6. Biofuel blending ratios in Latin America.
Figure 7. Biofuel blending ratios in EU.
Figure 8. Biofuel blending ratios in Asia.
Figure 9. Global biofuels mandates policy.
2.3. 바이오연료의 혼합의무 보급정책
2011년 10월 기준으로 국가차원의 바이오연료 혼합의무를 시행하는 나라는 35개국이며, 일부 도 시나 주(state) 차원에서 시행하는 나라는 6개국이 다. 또한 10년 이내에 바이오연료의 혼합의무를 계획 중인 나라도 26개국으로 파악되고 있다.
Figure 9는 전 세계 지역별로 바이오연료 혼합의 무의 도입현황을 나타내고 있다. 북미대륙은 자국 원료기반의 바이오연료를 가지고, 미국과 캐나다 를 중심으로 신재생연료 혼합의무 프로그램(Rene- wable Fuel Standard (RFS))과 미국 캘리포니아 중 심의 저탄소연료 프로그램(Low Carbon Fuel Stan- dard (LCFS)) 등을 시행하고 있다. 남미대륙도 자 국원료 바이오연료를 기반으로 보급이 활성화되 고 있다. 특히, 브라질은 수송부문에 바이오연료의 혼합을 전 세계적으로 가장 먼저 시행한 국가다.
브라질의 바이오연료 보급정책의 핵심은 1977년부 터 시행 중인 ‘국가 알코올(Pro-Alcohol) 프로그 램’으로 자국의 사탕수수 원료기반 에탄올을 수송 용 휘발유에 20%를 혼합의무하고 있다. 한편, 바 이오에탄올 중심의 바이오연료 보급정책을 펴고 있는 북․남미 대륙과는 다르게 유럽연합(EU) 27 개국은 바이오디젤 기반의 수송용 바이오연료를 2009년에 설정된 신․재생에너지 지령(2009/28/
EC)에 의해 보급하고 있다. 특히, 영국과 독일은 수송부문의 온실가스 저감을 위한 정책으로 바이
오연료 혼합의무제도를 도입하여 잘 시행하고 있 다. 영국은 수송용 신재생연료 혼합의무제도인 (Renewable Transport Fuel Obligation (RTFO))를 도입하여 수송부문의 온실가스 저감을 위한 저탄 소에너지 정책으로 시행하고 있다. 한편 독일은 바이오연료 할당법(Biofuel Quota Law)을 도입하 고 있는데, 수송용 화석연료인 휘발유와 경유 등 에 바이오연료의 최소 쿼터(quota)를 부여하여 혼 합의무 중에 있다.
2.3.1. 미국의 바이오연료의 혼합의무 보급정책 미국의 수송부문의 바이오연료 혼합의무제도 (Renewable Fuel Standard (RFS))는 화석연료를 공급하는 의무대상자로 하여금 자신이 공급하는 화석연료의 일정비율을 바이오연료로 공급토록 의무화하는 제도를 말한다. 의무대상자의 연간 화 석연료 총생산량(kL)에 대해 당해연도 혼합의무 비율을 곱한 의무량 만큼 바이오연료를 의무적으 로 공급하여야 한다. 미국의 RFS 프로그램은 연방 정부 차원에서 실시하고 있으며, 48개 주 모든 수 송용 화석연료 공급업자인 정제사업자, 수입사업 자 및 혼합업자(blender)에게 적용되어 시행하고 있다(Table 1). 또한 미국의 RFS 프로그램은 의무 이행기간을 1년 단위로 하여 수행하여 평가하는 체계로서 환경보호청(EPA)에서 관리한다[8].
구 분 내 용
시행시기 - RFS 1 program : ’07. 9.1 ~ ’10. 11. 30 종료 - RFS 2 program : ’10. 12. 1 시행 중 목표 목표연도(’20) : 수송용 연료의 20% 바이오연
료 혼합의무
의무대상자 수송용 화석연료 공급업자- 정제사업자, 수입사업자, 혼합업자(blender)
대상연료 에탄올, 바이오디젤 등의 바이오연료 의무기간 1년 단위
감독기관 환경보호청(Environmental Protection Agency, EPA)
Table 1. Overview of RFS Program in United States
신재생연료 대상연료 전주기 온실가스
감축 최소치 재생가능연료 - 옥수수 기반 에탄올 20%
개량 바이오연료
- 비옥수수 전분질계 기반 바이오에탄올
- 바이오부탄올
50%
바이오매스 기반 바이오연료
- 바이오디젤(FAME) - 신재생디젤(셀룰로스계 F-T 디젤)
50%
셀룰로스계 바이오연료
- 셀룰로스 - 헤미셀룰로스 - 리그닌 기반
60%
Table 2. Biofuel Category Under the RFS 2 Program
Figure 10. The renewable fuel volume under the RFS 2 program.
RFS 1 프로그램은 2007년 9월 1일부터 발효하 여 2010년 11월 30일까지 적용되어 시행되었으며, 의무대상자들이 휘발유에 의무 혼합하는 바이오 연료는 주로 옥수수 기반 에탄올이었다. 반면, RFS 2 프로그램이 2010년 12월 1일부터 발효되어 모 든 수송용 연료인 휘발유와 경유에 대해 의무 혼 합되는 바이오연료는 옥수수 기반 에탄올뿐 아니 라 바이오매스 기반 바이오연료, 셀룰로스계 바이 오연료, 개량 바이오연료 등의 가능한 모든 영역 에서 적용되고 있다(Table 2). RFS 2 프로그램에 서는 전주기 분석(Life Cycle Assessment; LCA) 을 통해 온실가스 저감 최소치를 설정하여 온실가
스 감축에 우수한 것으로 평가되고 있는 2세대 신 재생연료의 기술개발을 촉진하여 사용 확대를 증 진하고 있다. 여기서 바이오연료에 대한 전주기 온실가스 저감 최소치는 2005년 휘발유, 경유의 온실가스 대비 감축비율을 기준으로 설정되었다 (Table 2).
RFS 1 프로그램에서는 자동차용 연료에 포함되 는 재생 가능 연료 의무 도입량을 2006년 40억 갤 런(약 1516만 kL)을 시작으로 매해 단계적으로 끌 어올려 2012년에는 75억 갤런(약 2843만 kL)에 이르도록 설정하였다. 그러나, RFS 2 프로그램으 로 전환하면서 재생 가능 의무 도입량은 지속적으
바이오연료 기준(%) 바이오연료의 의무량(10억 갤런)
셀룰로스계 바이오연료 0.004 0.0065 바이오매스 기반 디젤 1.10 1.15
개량 바이오연료 0.61 0.95 재생 가능 연료 8.25 12.95 Table 3. Biofuel Standard under the RFS 2 Program
바이오연료 생산경로 온실가스 배출 저감률
밀 바이오에탄올 32%
사탕수수 바이오에탄올 71%
유채유 바이오디젤 45%
대두유 바이오디젤 40%
팜유 바이오디젤 36%
유기성폐기물 바이오가스 80%
습식소화 바이오가스 84%
건식소화 바이오가스 86%
Table 4. Typical Greenhouse Gas Emission Saving of Biofuels in EU
로 개량 바이오연료, 셀룰로스계 바이오연료 등에 대한 기술개발 확산 등으로 매년 의무도입량이 증 가되어 2022년에는 연 360억 갤런(13644만 kL)의 바이오연료의 도입을 계획하고 있다(Figure 10).
RFS 프로그램 관리감독기관인 미국 환경보호청 (EPA)은 RFS 2 프로그램 발효에 따라 전분질계 바이오에탄올 플랜트는 감소되는 반면 온실가스 감축 효과가 우수한 셀룰로스계 바이오에탄올은 2010년 이후 지속적으로 증가할 것으로 전망하고 있다. 2010년 RFS 2 프로그램에서는 4개의 바이 오연료 영역에서 바이오연료 혼합의무 기준을 제 시하고 있는데, 재생가능 연료가 8.25%로 가장 높 고, 바이오매스 기반 디젤 1.10%, 개량 바이오연 료 0.61%였고, 기술개발 확산이 진행 중인 셀룰로 스계 바이오연료는 0.0065%로 미비하였다(Table 3). RFS 프로그램의 의무이행 기간은 기본적으로 1월부터 12월까지의 1년 단위로 하고 있으며, 의 무이행 관련 분기별 보고서를 제출하는 것을 의무 화하고 있으며 분기 보고서는 매분기가 지난 2개 월 이내에 제출하는 것을 원칙으로 하고 있다.
2.3.2. 유럽의 바이오연료의 혼합의무 보급정책 유럽연합(EU)은 신․재생에너지 지령(2009/28/
EC)에 의해 회원국에게 2020년까지 EU 에너지 중 신․재생에너지를 최소 20% (1990년 수준) 사 용을 위해 2010년 12월부터 각국의 혼합의무 사 용을 정식적으로 설정하였다[8]. 특히, 이중에서 수송부문에서 신재생에너지를 10% 사용하도록 목표를 설정하여 추진 중에 있다. 따라서 EU 회원 국들은 자국의 여건을 고려한 신․재생에너지 의
무 충당비율을 설정하고 있다. 이러한 신재생에너 지 중 폐기물, 비식량 셀룰로오스계 및 리그노 셀 룰로오스계로부터 생산된 바이오연료에 대해선 가중치(2배)를 적용하여 사용확대 및 기술개발을 적극 장려하고 있는 실정이다. 또한 신․재생에너 지 지령(2009/28/EC)은 바이오연료의 합리적 생 산과 사용에 대한 지속가능성 기준을 도입하고 있 다. 즉, 바이오연료의 보급 및 확대를 위한 바이오 연료의 원료작물 생산을 위해 토지용도의 간접적 전환에 따라 산림파괴 및 식량문제 유발 등의 문 제점이 발생함으로 신재생연료의 지속가능성 기 준 필요성이 제기되어 세계에서 가장 먼저 도입되 었다. 바이오연료의 전주기 분석(LCA)에 의한 온 실가스 배출량을 산정하여 온실가스 감축 기여가 큰 바이오연료 사용을 권고하고, 신․재생에너지 할당 목표로 인정하여 계산하고 있으며, 정부의 세제혜택 등의 지원도 받을 수 있다. Table 4는 EU에서 제시하고 있는 대표적인 바이오연료들의 생산경로에 따른 온실가스 배출 저감률을 보여주 고 있다. EU는 바이오연료가 기존 화석연료 대비 35% 이상 온실가스 저감하도록 규정하고 있으며, 2017년에는 50%, 2018년에는 60%까지 증가시킬 계획에 있다.
유럽의 국가 중 대표적으로 영국은 미국의 RFS 프로그램처럼 혼합의무 보급정책을 비교적 잘 추 진하고 있다[8]. 영국정부는 신․재생에너지의 사
구 분 내 용 시행시기 2008년 4월
목표 목표연도(’14) : 수송용 연료의 5% 바이오 연료 혼합의무
의무대상자 수송용 화석연료 공급업자(연간 45만 리터 이상)
- 정제사업자, 수입업자
대상연료 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오가스 의무기간 1년 단위
감독기관 영국 교통부(Department of Transport) Table 5. Overview of RTFO in UK
연도 의무 혼합비율(%)
2009 ~ 2010 3.5 2010 ~ 2011 4.0 2011 ~ 2012 4.5 2013 ~ 2014 5.0 Table 6. Biofuel Standard under the RTFO in UK
용 증진 및 온실가스 배출의 감축을 위해 강력한 정책추진인 저탄소 경제(low carbon economy)의 에너지 정책방향으로 나가고 있다. 특히, 저탄소 경제의 주요 세 가지 정책 추진은 원료수급 안정 성, 화석연료 감축 및 기후변화 대응이다. 영국 정 부는 EU의 신․재생에너지 지령(2009/28/EC)에 제시된 목표 달성을 위해 2020년까지 전체 에너지 중 신․재생에너지 비중을 15%로 설정하였다. 이 러한 목표를 달성하기 위해 영국 정부는 3가지 분 야에서 신․재생에너지 보급 정책을 추진하고 있 다. 즉, 첫째, 전력부문에 신․재생에너지 의무사 용제도(Renewable Obligation (RO))를 가장 먼저 도입하였고, 둘째는 수송부문에 있어서 수송용 신 재생연료 의무혼합 제도(Renewable Transport Fuel Obligation (RTFO))이며, 셋째는 상업용, 공공용 및 주거용 빌딩에 열원으로 재생에너지를 사용하 는 재생에너지 열원 프로그램(Renewable Heat Program (RHP)) 등이다.
Table 5에서 보는 것처럼 바이오연료의 혼합의 무 사용에 대한 의무대상자의 기준은 수송용(주로 도로) 화석연료 45만 리터 이상 공급업자로 정유사 와 수입사가 해당하며 15개사가 된다. 또한 RTFO 제도 하에서 화석연료 대체연료는 주요 바이오연 료로 크게 바이오디젤, 에탄올 및 바이오가스로 보급하고 있다. 이에 대한 바이오연료 생산 공급 업자는 주로 바이오디젤 공급업자가 해당하고 있 다. 한편 바이오연료 중 바이오디젤(83%), 에탄올
(17%) 및 바이오가스(40만 kg) 순이다. RTFO의 제도 도입에 따른 주요한 특징은 시장의 신뢰도, 정부의 관리능력을 제고시키고 정유사에게 책임 을 이전시켜 바이오연료의 생산비를 감축시킨다 는 장점을 가지고 있다는 것이다. 또한 바이오연 료의 보급 활성화를 위한 세금 인센티브는 2002년 부터 바이오디젤, 2005년부터 에탄올에 대해 각각 20 파운드/L를 부여하고 있으나 세금 인센티브제 도는 2010년 4월에 폐지하였다. 2007년 영국 교통 부에서 RTFO 제도의 정착을 위해 관리감독기관 이라는 “Administrator”인 신재생연료청(Renewable Fuel Agency (RFA)) 설치를 “RTFO order 2007”
에 명시화하여 운영하였다. 관리감독기관인 RFA 는 세계 최초의 바이오연료에 대한 지속가능성 관 리기관으로 높이 평가되고 있다. 또한 RFA의 바 이오연료에 대한 온실가스 감축을 위한 탄소 및 지속가능성에 대한 시스템은 유럽의 지속가능성 기준 설정에 기초가 되었다. 그러나 최근 RFA는 영국 교통부에 흡수되어 2011년 4월부터는 RTFO 의 관리감독은 영국 교통부가 업무를 맡고 있다.
RTFO제도 시행에 따른 의무 도입량은 “RTFO order 2007”에 명시화되어 있는데 시행 1차년도인 2011∼2012년에는 바이오연료 혼합의무 비율 4.5%
로 2009년 이후 매년 0.5%씩 증가하여 2012년까 지 5%를 목표로 하고 있다(Table 6).
영국 RTFO 제도가 미국의 RFS 프로그램과 차 별화된 점은 탄소 및 지속가능성 보고 시스템이 다. 즉, 의무이행 당사자인 의무당사자와 바이오연 료 공급자로부터의 바이오연료에 대한 탄소 및 지 속가능성(Carbon & Sustainability (C&S)) 보고는 영국 교통부의 온라인 운영 시스템에 접속하여 이
바이오연료 탄소강도
(grams CO₂e/MJ) 탄소절약(%)
바이오에탄올 115 -36
바이오디젤 93 -8
바이오가스 36 58
바이오-ETBE 115 -36
순식물성유(PPO) 87 -1
Table 7. The Carbon Intensity and Carbon Saving of Biofuels under the RTFO in UK
행하게 되어있으며, 이는 RTFO 제도의 핵심이자 영국의 수송부문에서 온실가스 저감의 주요 정책 이기도 하다. 따라서, RTFO 제도는 바이오연료에 대한 탄소 및 지속가능성 기준을 바이오연료의 전 생산과정의 배출가스에 대한 전주기분석(LCA)에 기초로 한 바이오연료의 탄소 배출가스양을 산정 하고 있다. 즉, 바이오연료의 원료, 원산지, 생산 공정 등에 기초한 탄소배출가스양을 산정하여 온 실가스 감축을 위한 “default factor”를 제공하고 있다. 탄소 및 지속가능성 보고를 위한 온실가스 산정 해당 신재생연료 범주에는 에탄올, 바이오 ETBE, 바이오디젤, 수첨바이오디젤, 바이오가스 및 순 식물성유 등이 속한다. Default values를 사 용한 계산법은 탄소강도 예측을 통해 가능하며, 이러한 계산 RFA에서 제공된 프로그램으로 산정 하여 보고하고 있다. 이러한 default 값의 표준을 위하여 의무대상자는 정확도 수준을 0∼5에 따라 계산하여 보고하여 한다. RTFO 제도에서는 온실 가스 감축을 위한 기준으로 각 바이오연료에 대한 탄소강도(carbon intensity)와 탄소 감축치를 제시 하고 있으며 이를 바탕으로 이행당사자들이 사용 하는 바이오연료에 대해 적용하고 있다(Table 7).
바이오연료 중 가장 낮은 저탄소연료인 바이오가 스가 36 g CO2e/MJ로 가장 낮은 탄소강도값을 제 시하고 있으며, 바이오디젤은 93 g CO2e/MJ, 그리 고 에탄올과 바이오ETBE는 동일한 115 g CO2e/
MJ 탄소강도 값을 가진다.
2.3.3. 유럽연합의 바이오연료 지속가능성 기준 정책 수송부문의 온실가스 저감을 위한 수단인 바이 오연료의 보급을 확대하기 위해 바이오연료의 원 료작물을 생산하기 위해 토지용도를 간접적으로 전환함에 따라 산림파괴 및 식량문제 유발 등의 문제점이 발생하고 있다. 최근에 바이오연료의 생 산과 사용에 이러한 문제점이 제기됨에 따라 바이 오연료의 지속가능성 기준 필요성이 제기되어 유 럽연합(EU)은 세계에서 가장 먼저 도입하고 있다.
2009년 6월에 발효된 EU의 신․재생에너지 지령 (RED 2009/28/EC)에서는 2010년까지 수송연료의 5.75%, 2020년까지 10%를 바이오연료로 대체해 나간다는 목표를 세우고, 해당 목표달성에 사용할 수 있는 바이오연료의 지속가능성 기준에 대하여 규정하고 있다. EU에서 마련된 지속가능성 기준 은 전 세계적으로 모범적인 사례로 평가받고 있으 며, 이에 대한 자문을 각국에서 요청하고 있는 실 정이다[5].
Table 8에서 보는 바와 같이 EU의 지속가능성 기준은 온실가스 감축수준을 35% 이상(2017년부 터는 50% 이상)으로 하며, 원칙적으로 생물다양 성(Biodiversity)과 탄소축적(Carbon stock)이 높은 토지에서 바이오연료의 원료를 생산하지 않을 것 을 제시하고 있다. 게다가 유럽연합 집행위원회가 2년마다 바이오연료에 대한 원료의 수요증가가 식 량가격에 미치는 영향 및 원료생산지에서의 토지 이용 및 노동자 권리에 미치는 사회영향에 대해 조사하고, 유럽연합 의회와 유럽연합 이사회에 보 고하도록 되어 있다.
또한 2009년 9월에 발효된 EU의 연료품질지령 (Fuel Quality Directive 2009/30/EC) 개정에서도 연료 공급사업자에게 공급연료의 전주기분석(LCA) 에서 탄소배출량을 2020년에 6% 감축한다는 의무 를 부과하였다. 이와 관련하여 지속가능성 기준을 충족하지 못한 바이오연료의 온실가스 감축효과 는 산정하는데 포함시키지 않고 있다. 바이오연료 의 도입목표와 관련하여 식량과 경쟁하지 않는 바 이오연료를 우대하고 있다. 신․재생에너지를 이 용하는 전력을 포함한다는 조치를 시행하게 되었
지속가능성 기준 각 기준에 대한 대응 주요내용 온실가스 감축 EU 회원국 기준 ㆍ온실가스 감축률 35% 이상
ㆍ2017년부터 50% 이상(2017년 이후 신규 플랜트는 60% 이상) 환경영향 EU 회원국 기준 ㆍ생물다양성이 높은 토지(탄소축적이 높은 토지의 원료생산 금지)
ㆍEU 역내에서 생산 시 기존의 EU 농업환경 지령 준수
사회영향 EU 집행위원회 분석 ㆍ유럽위원회가 사회적인 지속가능성 · 식량과의 경쟁에 대해 2년마다 보고서 제출
간접영향 EU 집행위원회 분석 ㆍ유럽위원회가 매년 간접적인 배출에 대한 보고서 제출
Figure 11. Commercialization status of main biofuel technologies.
Table 8. The Summary of Sustainability Criteria for Biofuel in EU
으며, EU집행위원회가 제시한 대략적인 차세대 바이오연료 및 전력․수소에 대한 목표설정 안건 은 채택되지 않았지만 대신에 ‘2배로 계산(count)’
한다는 혜택을 설정하였다. EU의 지속가능성 기 준의 운용은 EU 각국이 담당기관을 설치하여 EU 의 지속가능성 기준에 충족하고 인증된 바이오연료 만이 EU 각국의 목표 달성으로 인정하고 있다[2].
2.4. 바이오연료의 기술개발 동향
최근 세계 각국의 바이오연료의 기술개발은 바 이오연료의 원료작물을 생산하기 위해 토지용도 를 간접적으로 전환함에 따라 산림파괴 및 식량문 제 유발 등의 문제점을 최소화시키는 방향에서 비 식량계 원료 사용과 수송부문의 기후변화 대응 가 능한 온실가스 감축효과가 큰 지속가능한 바이오
연료 개발에 초점을 맞추고 있다.
수송용 바이오연료의 기술개발은 IEA 바이오연 료의 기술 로드맵에서 기존 상업화되어 있는 con- ventional 바이오연료와 advanced 바이오연료로 분류하고 있다[9,10]. 여기서 conventional 바이오 연료는 이미 상용화되어 있는 공정에서 나오는 연 료로 효율성과 경제성을 향상시킬 수 있는 것을 말한다(Figure 11). 즉, 당질계와 전분질계 바이오 에탄올(sugar and starch crops bioethanol), 전이에 스테르계 바이오디젤(transesterification biodiesel), 협기소화 바이오가스(anaerobic digestion biogas) 등이 해당된다. 또한 advanced 바이오연료는 con- ventional 바이오연료에 비해서 비식량계 원료 기 반으로 온실가스 저감효과와 품질이 우수한 것으 로 파악되고 있으며, 현재 기술개발 단계에서 상
Figure 12. Number of advanced biofuel facilities globally.
Figure 13. Life cycle GHG balance of different conventional and advanced biofuels, and current state of technology.
용화 전단계의 실증연구 단계 그리고 상용화 초기 단계 등으로 구분할 수 있다. 먼저, 기술개발 단계 에서는 미세조류(microalgae) 기반의 바이오디젤, 당질계 기반의 탄화수소 등이 있다. 현재 전 세계 적으로 실증연구 단계에 있는 바이오연료는 섬유 소계 바이오에탄올(cellulosic bioethanol), 바이오 매스 기반의 가스화와 F-T (Fischer-Tropsch) 기술 의 BtL 디젤(biomas-to-liquids), 바이오부탄올(bio- buthanol), DME(dimethyl ether), 열분해 기반 연 료(pyrolysis-based fuels), 바이오합성가스(Bio-syn- thetic gas), 그리고 차량용을 위한 개질 바이오가 스(reforming biogas) 등이 있다. 아울러 상용화 초 기 단계의 바이오연료로는 수첨식물성유(Hydro- treated Vegetable Oil (HVO)) 또는 수첨바이오디 젤(hydrotreated biodiesel (HBD)), 그리고 바이오
메탄올(biomethanol) 등이 있다. 2010년 기준 전 세계적으로 advanced 바이오연료의 실증 및 상업 플랜트는 64개이며, 이중 미국의 섬유소계 바이오 에탄올 실증 플랜트 등이 43개로 다수를 차지하고 있는 실정이다(Figure 12)[6].
한편, 세계 각국의 수송용 바이오연료는 전주기 분석(LCA)에 의해 기존 화석연료 대비 온실가스 감축효과가 큰 지속가능한 연료 개발에 목적이 있 다. 이러한 수송용 바이오연료의 Well-to-wheel 전 주기분석(LCA)을 보면 현재 상업화된 바이오연료 는 전반적으로 수송용 연료인 휘발유, 경유 및 천 연가스 대비 온실가스 저감효과가 우수함을 보여 주고 있다(Figure 13). 현재 기술개발 중인 advanced 바이오연료는 공정 최적화를 향상시키면 상용화 단계에서 기존 conventional 바이오연료보다 온실
Figure 14. Next advanced bioufuels for transport in Korea.
가스 저감효과 더 클 것으로 분석하고 있다[6].
2.5. 국내 바이오연료의 정책과 기술개발 동향 국내 수송용 바이오연료의 보급은 경유 대체연 료로서 바이오디젤이 유일하게 현재 보급 중에 있 다. 바이오디젤 시범보급사업(2002. 5∼2005. 12) 결과를 바탕으로 2006년 7월부터 바이오디젤 전 국 보급을 실시하였는데, 혼합비율은 시범보급 시 차량 필터 막힘점, 시동 꺼짐 등의 차량 문제를 감 안하여 BD20은 버스, 트럭 및 건설기계 등에 제 한보급하고, BD5는 경유에 바이오디젤 0.5%를 혼합하여 전국 보급하기로 결정하였다[4]. 2007년 9월 정부 관계부처 합동으로 ｢제1차 바이오디젤 중장기 보급계획｣을 수립하여 2010년까지의 바이 오디젤 혼합비율, 면세 등의 정책을 확정하여 BD5 의 바이오디젤 혼합비율을 2007년 이후 매년 0.5%
씩 상향조정하여 현재 2010년까지 2.0%를 경유에 혼합하여 보급하기로 하였고, BD20 사용조건 완 화 등을 통하여 바이오디젤 생산 업체의 독자적 보급영역 확대를 도모하였다. 한편, 정부는 2010 년 12월 ｢제2차 바이오디젤 중장기 보급계획｣을 통하여 바이오디젤의 원가와 원료수급 여건 개선 이 최우선 문제점으로 지적되어 동물성 유지를 허 용하여 상용 보급을 가능하게 하였고, 폐식용유 등 국내 폐자원 재활용을 확대하기로 하였다. 또 한 2011년 12월까지 그 동안의 바이오디젤 면세 제도를 일몰하고 ｢석유 및 석유대체연료 사업법｣
상 경유의 품질기준 고시에 의하여 바이오디젤 2
∼5%까지 경유에 혼합하도록 하는 혼합의무제도 를 시행하여 현재 바이오디젤 2%를 보급 중에 있다.
또한 휘발유 대체연료로서 바이오에탄올은 한 국석유관리원이 주관하고 정유 업계 4사와 주정업 계 1사가 참여한 ｢바이오에탄올 혼합연료유 도입 을 위한 실증평가 연구｣를 수행(2006. 8∼2008. 7) 하여 경기, 충청, 호남, 영남 지역 4개 주유소를 통 한 E3, E5 실증평가를 통해 바이오에탄올 3%와 5% 혼입 연료에 대해 기존 국내 유통인프라 사용 이 가능함을 확인하여 품질기준과 시범보급 사업 을 통한 국내 도입 타당성 검토가 필요한 상황이 다. 한편, 천연가스 대체연료에 해당되는 수송용 바이오가스는 국내 생산 플랜트 구축이 시작되어 기존 CNG 인프라를 활용하고, 국내 유기성 폐자 원을 활용할 수 있다는 측면에서 바이오디젤과 바 이오에탄올의 가장 큰 문제점인 원료수급 안정성 을 어느 정도 해결할 수 있다는 큰 장점을 지닌 잠 재성이 큰 바이오연료로 인정받고 있어 지속적인 확대가 예상되고 있다[4].
한편, 국내 수송부문의 기존 conventional 바이 오연료를 대체할 수 있는 advanced 바이오연료의 개발은 크게 경유, 휘발유, 그리고 천연가스 대체 연료로서 기술개발이 이루어지고 있다. 경유 대체 연료로서는 상용화 전단계인 수첨바이오디젤(HBD), BtL, 그리고 미세조류 기반 바이오연료 등이 있으
며, 또한 휘발유 대체연료로는 바이오부탄올, 셀룰 로스계 바이오에탄올, 그리고 거대조류 기반 바이 오연료가 개발 중에 있다. 마지막으로 천연가스 대체연료인 바이오메탄은 기존 혐기소화 바이오 가스로부터 수송용 연료로 전환하는 정제기술이 국산화을 앞두고 있다(Figure 14)[7].
3. 결 론
지금까지 살펴보았듯이, 전 세계적으로 석유자 원 고갈에 따른 탈석유 대응 에너지원 다양화와 기후변화 대응을 위한 온실가스 저감을 위한 저탄 소 에너지 정책이 중시되고 있는 현실이다. 이러 한 저탄소 에너지 정책 중에서 수송부문의 온실가 스 감축의 수단으로 바이오연료의 사용을 정책적 으로 확대하고 있는 실정이다. 또한 바이오연료의 원료작물을 생산하기 위해 토지용도를 간접적으 로 전환함에 따라 산림파괴 및 식량문제 유발 등 의 문제점을 최소화시키는 방향에서 비식량계 원 료 사용과 수송부문의 기후변화 대응 가능한 온실 가스 감축효과가 큰 지속가능한 바이오연료 개발 에 초점을 맞추고 있다.
정부의 2020년 국가온실가스 감축목표를 배출 전망치(BAU) 대비 30% 저감에 대해 수송부문이 보다 적극적인 정책수립을 통해 국제사회와의 약 속을 현실적으로 이행하는 정책적 전환이 필요한 때이다. 이런 측면에서 바이오연료의 자국 원료 수급이 가능한 미국의 RFS 프로그램과 해외 의존 도가 높은 영국의 RTFO 제도를 면밀히 검토할 필 요가 있다.
또한, 바이오연료 중 바이오디젤이 국내에서 향 후 혼합의무될 경우 수송부문의 온실가스 감축관 리 위주의 바이오연료 정책제도로의 점진적 전환 이 필요하다고 사료된다. 이와 함께 수송용 바이 오연료의 기술개발에 대해 중장기적 로드맵을 수 립하여 상용화에 근접한 기술에 대해서는 집중적 으로 투자하여 조기에 상용화가 될 수 있는 인프 라 구축에 대한 여건을 조성하는데 정부의 정책적 인 지원이 필요하다.
참 고 문 헌
1. IEA, “World Energy Outlook”, International Energy Agency. OECD/Paris (2009).
2. J.-K. Kim, E. S. Yim, and C-.S. Jung, “Study on review sustainability criteria and key approaches for biofuels”, New & Renewable Energy, 9(1), 25 (2013).
3. 지식경제부, 에너지관리공단 신재생에너지센 터, “신․재생에너지 RD&D 전략 2030(수송 용 바이오) (2007).
4. 지식경제부, 한국석유관리원, “신재생연료 혼 합의무제도(RFS) 도입방안 마련연구” (2010).
5. 지식경제부, 한국석유관리원, “신재생연료의 지속가능성 기준 국내 도입 타당성 연구” (2010).
6. Hart’s Global Biofuel Center, Global Biofuels Outlook 2010-2020, Houston, USA (2010).
7. 지식경제부, 한국석유관리원, “신재생연료 혼 합의무제도(RFS) 상세 운영방안 수립 연구”
국내 시행방안 공청회 자료집 (2013).
8. J.-K. Kim, E. S. Yim, and C-.S. Jung, “Study on comparison of global biofuels mandates policy in transport sector”, New & Renewable Energy, 7(4), 18 (2011).
9. IEA, “Technology Roadmap, Biofuels for Tran- sport”, International Energy Agency, OECD/
Paris (2011).
10. S. N. Naik, V. V. Goud, P. K. Rout, and A.
K. Dalai, “Production of first and second gene- ration biofuels : A comprehensive review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 578 (2010).
김 재 곤
2003 부산대학교 화학과 이학박사 2004 한국과학기술원 화학과
Post Doc.
2006 University of Pittsburgh 화학과 Post Doc.
2007∼현재 한국석유관리원 석유기술 연구소 책임연구원
